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Meglio del bulbo oculare: i sensori aiutano negli interventi chirurgici di sostituzione delle articolazioni
Gli interventi di sostituzione del ginocchio e dell'anca stanno aumentando insieme alla crescente popolazione di persone di età pari o superiore a 60 anni. I sensori ADI migliorano i dispositivi che aiutano nella navigazione chirurgica a un costo inferiore rispetto ai tradizionali sistemi chirurgici assistiti da computer e in modo più accurato rispetto ai metodi manuali. 18 gennaio 2017
in collaborazione con NOME
Con l'aumento dei ranghi delle persone di età pari o superiore a 60 anni, aumenta anche la necessità di interventi chirurgici di sostituzione articolare. Secondo i Centri statunitensi per il controllo delle malattie, ogni anno solo negli Stati Uniti vengono eseguiti circa un milione di interventi chirurgici di sostituzione del ginocchio e dell'anca.
Poiché le persone vivono più a lungo, il conseguente deterioramento delle articolazioni legato all'età richiede spesso un intervento medico. La ricerca mostra che il numero di tali interventi chirurgici, già in ripresa, dovrebbe continuare a crescere notevolmente: il numero di protesi d'anca dovrebbe [quasi triplicare] nel periodo di 20 anni dal 2005 al 2025, con il numero di protesi di ginocchio in aumento di oltre il 650 per cento nello stesso periodo, secondo uno studio presentato in un recente incontro annuale dell'Accademia americana dei chirurghi ortopedici.
Conclusione: anche la necessità di interventi chirurgici sostitutivi accurati, efficienti ed economici è cresciuta in modo esponenziale. Per soddisfare questa domanda, OrthAlign, Inc., un'azienda di tecnologia medica, ha sviluppato un dispositivo monouso delle dimensioni di un palmo dotato di sensori di Analog Devices, Inc. (ADI). I chirurghi possono utilizzare il dispositivo per aiutarli a navigare durante l'intervento chirurgico e ad allineare più rapidamente e accuratamente le articolazioni dell'anca e del ginocchio in queste operazioni sempre più comuni, ma ancora complicate.
I dispositivi OrthAlign forniscono ai team chirurgici dati e feedback in tempo reale sul posizionamento e il riallineamento delle articolazioni, senza che i team necessitino di tempo aggiuntivo o debbano fare uno sforzo aggiuntivo. Aiutano a migliorare la precisione chirurgica riducendo i costi e ciò si traduce in vantaggi sostanziali sia per la popolazione in rapida crescita di pazienti che necessitano di protesi di anca o ginocchio sia per il sistema sanitario in generale.
L'idea era di sviluppare qualcosa che potesse mantenere l'accuratezza della navigazione [chirurgica], ma che fosse veloce, semplice e facile da usare, dice il chirurgo ortopedico David J. Mayman, che usa la tecnologia nel suo lavoro presso l'ospedale con sede a New York City. Ospedale di Chirurgia Speciale.
Miglioramento dei risultati chirurgici
Tipicamente, tali sostituzioni coinvolgono i chirurghi che riallineano il ginocchio o l'anca inserendo un'asta e osservando manualmente il suo allineamento con l'aiuto di guide meccaniche. Un altro metodo prevede l'utilizzo della chirurgia assistita da computer (CAS), in cui i chirurghi utilizzano sistemi di tracciamento abilitati al computer o dispositivi robotici per migliorare la vista e aumentare l'accuratezza della procedura. La sfida: i sistemi CAS tradizionali, sebbene abbastanza accurati, possono occupare molto spazio in sala operatoria. In genere, sono anche costosi, con cartellini dei prezzi multimilionari.
Ciò che distingue i dispositivi OrthAlign dai tradizionali sistemi CAS sono le dimensioni relativamente compatte dei dispositivi, che contengono la tecnologia di rilevamento del sistema microelettromeccanico (MEMS) ADI iSensor. Le famiglie di tecnologie OrthAlign Plus e KneeAlign dell'azienda offrono funzionalità avanzate di navigazione e rilevamento da questi dispositivi, integrandoli perfettamente nel flusso di lavoro del chirurgo. In un campo in cui la precisione è fondamentale per risultati di successo, i dispositivi OrthAlign soddisfano, e addirittura superano, tutti i parametri di allineamento e non solo superano le guide meccaniche convenzionali in termini di prestazioni, ma eguagliano anche la precisione dei sistemi CAS e il tutto a un costo inferiore, secondo l'azienda.
Invece di incorporare la navigazione basata su telecamera nelle loro soluzioni, il che aggiungerebbe costi e dimensioni significativi a un sistema di navigazione chirurgica, il team di progettazione di OrthAlign utilizza la tecnologia dell'unità di misura inerziale (IMU) iSensor MEMS di ADI. Nel caso di una sostituzione del ginocchio, ad esempio, l'IMU consente a un chirurgo ortopedico di determinare in pochi secondi il centro di rotazione del femore di un paziente. Quando il ginocchio del paziente viene sottoposto a un movimento completo, MEMS IMU prende rapidamente decisioni e opera in modo più preciso.
I sensori ADI utilizzati nei dispositivi sono gli stessi IMU utilizzati in una varietà di altri prodotti, che vanno dai missili guidati ai droni.
Per i prodotti OrthAlign, utilizziamo alcune tecnologie familiari alle persone dai loro smartphone, o anche dalla tecnologia militare come la guida di droni e missili, afferma Jonathan Nielsen, direttore dello sviluppo prodotto di OrthAlign. Utilizziamo accelerometri e giroscopi, entrambi un tipo di sensori inerziali, che quando hanno prestazioni significativamente elevate e combinati con l'elaborazione dei sensori, sono davvero abilitanti per applicazioni come la nostra.
Le tecnologie ADI che fanno parte dei dispositivi chirurgici OrthAlign sono state utilizzate per la prima volta nell'industria automobilistica circa 30 anni fa, originariamente per rilevare le condizioni necessarie per attivare gli airbag. Circa un decennio fa, ADI ha iniziato a riposizionare la sua tecnologia inerziale per un uso più ampio in altri settori, afferma Bob Scannell, responsabile dello sviluppo aziendale per i prodotti MEMS inerziali di ADI.
Grazie alle capacità originariamente guidate dal mondo automobilistico, siamo stati in grado di sviluppare una base tecnologica piuttosto unica con sensori ad alte prestazioni a costi relativamente bassi, afferma Scannell. Quando ci siamo concentrati sulla base di applicazioni industriali, il valore della nostra tecnologia per questa necessità emergente di rilevare movimenti precisi in condizioni complesse e critiche per la sicurezza è diventato rapidamente chiaro e ha anche guidato progressi ancora più rapidi nel rilevamento inerziale ad alte prestazioni.
Una collaborazione che porta precisione e innovazione
ADI ha lavorato a stretto contatto con OrthAlign per fornire prodotti che non solo consentissero la visione progettuale dell'azienda, ma sarebbero anche immessi sul mercato più rapidamente. Il team di progettazione dell'ADI iSensor MEMS IMU è stato attivamente coinvolto durante la fase di sviluppo di OrthAlign, analizzando i propri dati e fornendo approfondimenti sulla messa a punto e sull'interpretazione dei dati del sensore, oltre a eseguire ulteriori test di qualificazione specifici dell'applicazione. Ciò ha consentito a OrthAlign di concentrare tutti i suoi sforzi sull'elaborazione back-end e sull'integrazione generale del sistema.
L'ADI iSensor MEMS IMU progettata nella soluzione OrthAlign fornisce misurazioni di sei gradi di libertà tramite tre accelerometri e tre giroscopi che rilevano rispettivamente il movimento della frequenza lineare e angolare. ADI iSensor MEMS IMU è in grado di tracciare con precisione il movimento di uno strumento su tutti gli assi, anche durante condizioni operative impegnative, grazie alle sue tecniche di rilevamento proprietarie, che sono anche efficienti nel respingere movimenti indesiderati come vibrazioni, urti e influenze gravitazionali.
Il dispositivo compatto ADI iSensor MEMS IMU fornisce l'accesso ai dati del sensore calibrati in temperatura e compensati dinamicamente su un'interfaccia SPI (Digital Serial Peripheral Interface) standard e consente all'utente di regolare digitalmente il filtraggio e l'elaborazione del sensore per adattarsi a molteplici applicazioni scenari.
Come chirurghi, non ci piacciono le sorprese. È davvero bello essere in sala operatoria e avere i numeri davanti a te dal dispositivo, dice Mayman. Non c'è niente di peggio, come chirurgo, che vedere la tua radiografia post-operatoria e pensare 'Ooh, non è quello che pensavo di fare'. Quindi, è [utile] avere quella sicurezza per poter andare avanti e dire, 'So che è giusto.'
Per saperne di più su Analog Devices, visita analog.com . Per saperne di più su OrthAlign, visitare orthalign.com .